分析全自動線束端子插入機控制系統設計

高修張

摘要：為完善全自動線束端子插入機控制系統的設計效果，本文在解讀插入機作業過程的基礎上，構建出控制系統的的綜合結構與主要功能模塊，較詳細的解讀了構成控制軟件的3個核心模塊，即運動控制、質量監測及數據管理模塊。于插入機樣機上測試分析控制系統，確定該系統符合設計要求，端子插入處精度±0.1mm，速度1800pin/h，符合設計要求。

關鍵詞：線束端子;控制系統;機器視角;智能化插入

引言

在電氣設備內，線束是銜接線路、傳輸信號的常用組件之一，在家用電器、汽車、計算機等產品制造領域均有廣泛應用。線束的加工牽扯到很多工序，構成線束的線材的顏色、線徑大小繁雜多變，既往多利用傳統人工制造或智能化生產局部工序，最后手工插進與拼裝。近些年中，產品朝著精巧化方向發展，線材的線徑日漸微小，人工法很難插進與拼裝[1]。

端子壓接插入機作為線束加工生產線上的一種重要裝置，其通過執行多種工序，結合不同線材和端子并統一插進連接器內，當下插入機以進口為主，設計研發有獨立自主知識產權的設備具有很大現實意義。

1插入機架構

插入機主要有轉塔型、拱架型兩類，圖1為拱架型插入機的設計圖[2]。機器左右兩側分別安裝了活動工作臺1與固定工作14，拉線機構3最大的作用是把線材由右至左拉伸到適宜的長度，隨后進行裁剪，搬線機構4將其排出。本系統設計的一大特色是在重端子的底部設計 單條低摩擦的鋼絲作為端子底部支撐，上下高度可調來滿足特殊的一端重鋁端子的烤管需求;隨雙端線束自動烤管機的研發，以兼容性強，高效生產的屬性，在功能上超過了客戶預期，為后期贏取長度在500m以上電瓶線的項目研發打下了更好的基礎。

設備的操作過程可以分成如下兩步：

（1）單步調試與設置。即依照設計的工藝流程，設定運動零點、檢測位置、線材顏色、插入次序等參數，基于單步調試過程，規劃出實際的工藝程序、壓接與插入工藝參數。

（2）智能循環式插進。按照如上設置的闡述與程序，智能循環壓接插進單個線材，最后將其拼裝成線束。

2控制系統架構即設計

依照插入機的結構與工藝流程設計情況，端子插入機控制系統軟件應由運動控制、質量監測及數據管理模塊等幾大部分構成（見圖2）[3]。

因工業PC自帶友好型的人機交互界面、超強的聯網通信及處理數據的功能，本課題決定選用研華工控機作為本系統的上位機，上位機的作用主要是控制人機交互界面及綜合情況與調度各類可用資源，其囊括了數個操作窗口與控件，用于協調以上三個核心功能模塊，進而精準控制各運動部件的伺服運動過程、設計與反饋各種參數信息、視覺與壓力檢測、管理與呈現生產數據等。

2.1運動控制模塊

運動控制為插入機設備的核心功能，參照插入機的工藝流程，運動控制主要由選線及拉線運動、裁剪、剝皮、壓接、插入等構成，其運動過程有行程短、加速度大、頻率高、需監測百余個I/O控制點、信號類型繁多且關系復雜等特點。鑒于此，設計出上位機+脈沖系列多軸運動控制卡的控制模式，ARM與FPGA是控制卡的核心構成，能動態執行運動學、動力學計算過程，精準的調控伺服濾波及方位，進而在確保控制系統運行穩定性、高效性、高精準度及智能化[4]。

應用控制卡內設的PVT函數，輸進方位、時間、速度等參數信息去規劃運行軌跡，以上在提升運動控制系統實時性的可行方法。為使系統運行過程平穩性得到更大保障，應布置對稱式與非對稱式的T形、S形速度控制。為達成以上目標，上位機內，編寫程序時集成以上這些控制函數和控制模塊需要的闡述、狀態信號等。為使上位機與運動控制過程能實現同步，可應用標志信號量去達到。

2.2質量監測模塊

（1）視覺檢測：主要由光源、鏡頭、相機及圖像處理軟件等幾部分組成，可以把視覺模塊設計分層示教、剝皮后線芯斷面及端子外觀檢測模塊三部分。在示教模塊內，先搜集線束剝皮以后對應的銅絲斷面圖片，而后在變形模板匹配法的協助下，精準探尋到指定區域中圓形銅絲截面的數目，若實際個數和設定值存在出入，則提示在裁剪或剝皮操作時鋼絲折斷。具體示教環節中，曲線1圍繞出的圓形區為指定銅絲的范疇。壓接端子以后，需監測端子外觀質量。這就需要在示教過程中，拍下端子的圖像后，將檢測窗口添加至其內，檢測時，比較實時獲得的圖像圖像特征和示教環節的制定值，這樣便能順利判斷出外觀質量缺陷[5]。

（2）壓力監測：端子壓接時，伴隨壓力值提高，金屬片朝下壓緊，進而使端子將整個線芯包裹起來。在以上過程中，應強壓力值調控在一個合理區間內，具體是將一個傳感器增設在刀具上，能實時獲取及顯示端子壓接階段的沖壓波形對應值。

2.3數據管理模塊

因為端子插入機運作階段需要執行一系列工序，與其相關的參數與變量相對較復雜，此時需要實時采集與處置的數據量龐大、類型繁多，維持本系統軟件底層應用了SQL Server 2008數據庫，ADO 有簡便、易學等特點，故而本課題在設計系統時擬定采用這種接口去訪問數據信息[6]。為便于在工藝流程中應用ADO建設數據庫連接和操作數據表，在上位機內應用MFC去封裝實際應用的ADO操作，搭建了CADOCon-nection和CADODataSet，明顯提高了編程操作的精簡性。針對數據庫新建、顯示、查找、瀏覽、增減等基本操作，均可以應用ADO內的類去達到。

2.4烤管的優化設計

首先，把烤管過程設計成工裝鏈條輸送線結構，在輸送線上固定加熱板。其次，把原本線束一端烤管轉變成同時兩端烤管。再者，把最初取料的操作整改成收料倉收料，達到200根成品線后再進行處理。最后，將冷卻風扇固定在工裝鏈條輸送線上。病針對對兩端烤管，在真實生產統計內其運行效率提升2倍左右;放線、烤管和冷卻時間是重疊的，取料時間頻率減少90%以上，明顯短縮了烤管時間長度。

3系統實現

結合以上所闡述的設計方法，基于Visual Studio 2013平臺設計研發出了插入機軟件控制系統，并進行相應測試檢測，實現的主要技術指標有[7]：

（1）線材斷切長度：75～3000mm，定位精準度±0.5mm;

（2）剝皮長度：<10 mm;長度、深度定位精度分別是±0.1mm、±0.2mm;

（3）端子壓接重復、插入位置定位精度分別為±0.0mm、±0.1mm;

（4）產能達到1800pin/h，符合設計要求。

結束語：

在簡單分析插入機設備結構與功能的基礎上，以拱架式插入機位基礎上設計了控制系統，重點探究了三大核心控制模塊設計及烤管的完善方法。統計測試結果發現，本課題設計研發出的控制系統有精準度高、運行速度快等特征，端子插進速度高達1800pin/h，能較好的滿足30#線的工藝要求，不管是端子壓接重復還是插入位置定位精準度，均較好的智能化插入的應用需求。

參考文獻：

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